Способы сварки и сварочные материалы

Nb, Ta, Mo, W

ТМ

М

Е

АП

ИП

Ф

Ш

Г

АН

ИН

П

ЭЛ

Л

-

-

(+)

-

-

-

-

+

+

++

+

контактное диффузное

трением

 

Наиболее часто применяют три способа сварки:

- дуговая сварка в среде инертных газов в камерах с общей защитой;

- ЭЛС в вакууме;

- Лазерная сварка в вакууме или в среде инертного газа.

Защитные газы – аргон и гелий. Аргон - высшего сорта (99,99%), гелий - высокой чистоты (99,997%), (99,985%).

Неплавящиеся электроды – марки ЭВЛ, ЭВИ;

Присадочная проволока – легированная элементами, которые повышают пластичность металла шва, со сниженной чувствительностью к примесям укоренения. Например для сварки Мо сплавов ВМ1, ЦМ2, провод легируют Re (45-50%) - провод МР47 - ВП.

Иногда применяют фольгу из чистого рения. Вводят элементы модификаторы Fe, Co, Ni, Zr для измельчения зерна.

Особенности технологии и техники сварки химически активных металлов

- Для сварки тугоплавких металлов нужно применения источника нагревания с большой мощностью и высокой концентрацией энергии в пятне нагрева. В связи с высокой Т_пл и теплороводностью (особенно для V, Nb, Ta);

- Способность металлов активно взаимодействовать с газами вызывает необходимость применения при сваривании эффективных средств защиты от взаимодействия с атмосферой (камеры с контролируемой атмосферой);

- Ограничение содержания примесей укоренения в основном металле.

Для V, Nb, Ta: О₂£0,0015%;

N₂£0,015%

H₂£0,001%

C£0,1%

Для Мо: О₂£0,0002%;

N₂£0,0001%

C£0,003%

- Наиболее распространены типы сварных соединений: стыковое без разработки кромок, тонкий металл с отбортовкой. Соединение в нахлест и тавровые соединения применяются очень редко.

Высокая точность собирания сварных стыков (смещение кромок ((50-75 мкм).

 

Подготовка к сварке:

Включает в себя механическую обработку сварных кромок и следующее химическое травление в смесях кислот (HF, HNO₃, H₂SO₄ ...)Потом промывка в воде и просушивание. Непосредственно перед сваркой обезжиривают спиртом. Особенности механической обработки W, Cr, Mo - не исключенна возможность расслоения и растрескивание. Сборка и сварка - в белых перчатках.

При соблюдении технических требований сварки V, Nb, Ta имеют хорошую свариваемость, Cr, Mo, W - ограниченную. Струйная форма защиты применяется ограниченно в связи с ненадежной защитой от примесей - газов.

Наиболее распространена сварка неплавящимся электродом в камерах с контролируемой атмосферой, которая выполняется вручную, или автоматически. Применяются накидные камеры с местной защитой проточным инертным газом.

Перед заполнением камеры газ подлежит очистке (силикагель, Ті стружка нагретая до 1000 ⁰С). Подготовка камеры требует вакуумування, продувки и заполнение ее инертным газом - Ar или He.

Сварка в Не позволяет применять токи в 1,5 раза меньшие, чем в Ar.

В основном сваривают толщины 0,5 (0,2) - 2 (3) мм. Чаще всего без присадочной проволоки, зазор не более 0,15 мм, смещение кромок £0,1 мм для S=1-2 мм.

При S=3-4 мм применяют присадочный материал такого же химического состава, как и основной металл или с Л.Э.

ИП – иногда сваривают Мо S³3 мм, диаметром электрода 1- 1,2 мм на обратной полярности в гелии.

ЭЛ – наиболее перспективный способ сварки тугоплавких металлов, так как обеспечивает наилучшую защиту от газов и узкую зону расплавления и ЗТВ, что способствует уменьшению деформаций.

При ЭЛ вакуум 10^-5 – 10^-4 мм рт. ст. Большое значение имеет возможность предварительной зачистки металлов и дегазации в вакууме.

Можно сваривать S = 0,3 (12) - 100 мм. Используют сварку сфокусированным, импульсным и расфокусированным лучом (меньше трещин и прожогов). При сварке W S=3-4 мм ЭЛ - является единым способом, который обеспечивает благоприятное соотношение h/e (дуговую сварку W выполняют в Не).

Контактноя сварка

Применяют точечную и шовную сварку с защитой зоны сварки инертным газом. Недостаток - подправка электродов.

Применяют покрытие сварных деталей графитом, промежуточные прокладки из тугоплавких металлов (Мо).

Диффузная сварка

Установка СДВУ-2 с нагревом индукционным способом.

Для Nb: Т=1250 ⁰С, р=14,7 МПа, t=5 мин, вакуум 10^-5 мм рт. ст.

Применяются промежуточные прокладки (Ni) для снижения температуры сварки. Для W – Т>1300⁰С – нагрев ЭЛ.

Термообработка

Повышению качества сварного соединения могут оказывать содействие предварительный отпал и подогрев основного металла, а также последующий отпал сварного соединения.

Отпал сварного соединения перед сваркой снижает степень его неоднородности и напряжение, а в ряде случаев (при отжиге в вакууме) уменьшает содержание примесей укоренения.

Для Мо Т_отпал = 857 – 900 ⁰С.

Предварительный подогрев (для Мо Т = 200 – 500 ⁰С, для W Т = 300 – 600 ⁰С), а также сопутствующий подогрев до 600 – 650 ⁰С оказывает содействие снижение хрупкости соединений, вносит изменения в термические циклы сварки, благодаря чему уменьшается склонность к образованию трещин.

Недостатки такой термообработки - диффузное перераспределение примесей, их соединения выпадают на границах зерен, образование вторичных фаз. Поэтому необходимость предварительного подогрева устанавливается в каждом частном случае (тип сплава, его чистота, толщина, вид сварного соединения, закрЭЛление).

Отпал после сварки используют для снятия окончательных напряжений и улучшения структуры (для Мо Т = 1000 ⁰С, для W Т = 1800 ⁰С (1250 ⁰С).